燒結燃料粒度的優化實驗研究

李保良，賈 憲，張超民，耿軍亮，辛 淵

（敬業鋼鐵有限公司鐵前管理中心，河北 平山 050400）

1 前 言

據統計，燒結工序能耗占整個鋼鐵企業工序能耗的10%～15%，而燒結固體燃料消耗占燒結能耗的75%～80%[1］。燒結生產主要使用的固體燃料有焦粉和白煤。燃料粒度的大小對于燒結生產起著至關重要的作用，粒度過粗、過細都不利于燃燒速度和傳熱速度，降低燃料利用率，進而影響燒結礦產質量與固體燃耗[2］。燃料粒度越小，開始燃燒溫度相對越低，燃燒速度越快；燃料粒度越大，開始燃燒溫度相對稍高，燃燒速度越慢[3］。燃料粒度組成的改變還會對燒結礦物組成以及燒結礦的宏觀和微觀結構等產生影響，尤其影響鐵酸鈣的生成，直接影響燒結礦的還原性等冶金性能[4］。

為了提高燃料利用率降低燒結固體燃耗，就得選擇確定最佳的燃料粒度。因此，本實驗主要是在燒結混勻料、熔劑和燃料各自的用量和成分不變的情況下，研究不同燃料粒度對燒結生產指標和質量的影響，為燒結生產提供理論依據。

2 實 驗

2.1 實驗原料

本實驗燒結混勻料取自敬業鋼鐵原料二車間料場大料垛，白灰取自燒結車間配料室，燃料選用白煤，取自經破碎后白煤皮帶，各物料成分如表1所示。破碎后的白煤粒度如表2所示，可以看出＜1 mm 占比為60.61%，存在過度破碎的現象。為了研究不同白煤粒度對燒結生產的影響，對白煤進行篩分，在保證白煤用量不變的前提下進行燒結杯實驗，重新按實驗方案中各粒度比例進行搭配混勻備用。

表1 燒結杯實驗原料成分%

表2 白煤粒度%

2.2 方案、工藝參數及結果

本次燒結杯實驗方案如表3 所示。通過改變燃料中某一種粒度的含量，固定其他兩種粒度的比例，進而分析＜1 mm、1～3 mm和＞3 mm不同粒度對燒結生產的影響。即當改變燃料白煤中＜1 mm占比時，固定1～3 mm 和＞3 mm 的比例為：24.08∶15.31=1.57∶1。當改變燃料白煤中1～3 mm 占比時，固定＜1 mm 和＞3 mm 的比例為60.61∶15.31=3.96∶1。當改變燃料白煤中＞3 mm占比時，固定＜1 mm 占比和1～3 mm 占比的比例為60.61∶24.08=2.52∶1。

表3 燒結杯實驗方案%

本實驗方案共分為3 組對比：方案1、方案2 和方案3對比；方案1、方案4和方案5對比；方案1、方案6 和方案7 進行對比。在燒結混勻料成分、熔劑和燃料各自用量不變的情況下進行燒結杯實驗。

燒結杯實驗工藝參數：燒結杯Φ320 mm×750 mm，燒結點火溫度1 050±50 ℃，點火時間為2 min，點火負壓為6 kPa，燒結負壓控制在13 kPa。燒結廢氣溫度達到最高開始下降時燒結結束，計算垂直燃速、成品率、轉鼓強度、固體燃耗以及燒結礦中5～10 mm粒度占比指標完成情況，進行統計分析如表4所示。

表4 燒結杯實驗數據

3 結果及分析

3.1 燃料白煤中＜1 mm比例對燒結指標的影響

大量的動力學研究和對燃燒層厚度的探索研究表明，燒結過程中燃料燃燒受擴散控制。因此，燒結混合料中固體燃料的燃燒速度及燃燒層的厚度與燃料顆粒的直徑、氣流的流速和料層的透氣性有關[5］。在其他條件一定的條件下，燃料顆粒大小就成為燒結過程決定性因素。

由表4燒結杯實驗數據中可看出，對方案3、方案2和方案1進行對比，隨著＜1 mm占比由35.00%提高到60.61%，燒結垂直燃速明顯提升，但是燒結礦成品率和轉鼓強度明顯降低。＜1 mm 占比由35.00%提高到60.61%，轉鼓強度下降了1.86%，同時固體燃耗上升了2.27 kg/t，同時粒級組成中5～10 mm 占比由18.42%上升到24.36%，燒結礦粒級組成指標惡化。

當＜1 mm占比增多時，從動力學角度分析，燃料粒度較小，燃燒速度變快，燒結過程中料層高溫停留時間變短，燒結液相發展不充分，燒結礦質量變差，轉鼓強度和成品率下降；同時燃料粒度小，很容易被氣流帶走，惡化燒結料層透氣性。因此，為了保證燒結礦強度，必須要控制＜1 mm粒度占比。在本實驗條件下，燃料中＜1 mm不宜超過35.00%。

3.2 燃料白煤中1～3 mm比例對燒結指標的影響

從方案1、方案4和方案5實驗數據對比來看，1～3 mm占比從24.08%升高到50.00%，燒結垂直燃速有所變慢，固體燃耗下降，成品率上升；同時轉鼓強度從71.47%上升到74.00%，提高了2.53%，粒級組成中1～3 mm 占比顯著下降，由24.36%下降到20.56%，燒結礦粒級組成得到了改善。

當燃料中1～3 mm占比增多時，燃料粒度趨于均勻，布料偏析現象減少，有利于燃料的充分燃燒，燃燒時間變長，燃燒帶變寬，能夠增加高溫時間，為液相反應提供較多的時間，有利于提高燒結礦強度改善質量，同時能夠降低固體燃耗。因此，實際生產中1～3 mm占比應該維持在一個較高的水平，在本實驗條件下，應當控制在50.00%。

3.3 燃料白煤中＞3 mm比例對燒結指標的影響

從方案6、方案1和方案7實驗數據對比看，燃料中＞3 mm占比從5.00%增大到35.00%，燒結垂直燃速提高，燒結成品率和轉鼓強度均下降，固體燃耗增加。燃料中＞3 mm占比從5.00%增大到35.00%，燒結轉鼓強度降低了2.33%，粒級5～10 mm 比例由24.16%升高到25.72%，燒結礦粒級組成變差。

當燃料中＞3 mm 占比增多時，布料過程中偏析嚴重，燃料中大顆粒容易到下層，同時燃料總量未變，會造成燒結料層中上部燃料不足，無法形成充足的液相，導致燒結礦轉鼓強度下降，粒級組成變差，燒結固體燃耗隨之升高。因此，結合本實驗，燃料中＞3 mm占比應控制在15.00%。

3.4 燃料白煤最佳粒度燒結實驗對比

根據上述實驗，可以確定出燃料白煤最合適的粒度為：＜1 mm 占比35%，1～3 mm 占比50%，＞3 mm 占比為15%。因此，用此白煤粒度作為方案8進行燒結杯實驗并且與方案1 進行對比如表5 所示。同時針對方案8和方案1燒結杯實驗所得燒結礦進行冶金性能實驗如表6所示。

表5 最佳燃料粒度方案8與方案1燒結杯實驗對比

表6 最佳燃料粒度方案8與方案1燒結礦冶金性能對比

由表5可以看出燃料白煤粒度經過優化后，各項燒結指標明顯優于未經優化燃料。燃料粒度優化后，燒結垂直燃速降低，有利于提高成品率和轉鼓強度，減少燒結礦5～10 mm粒級量；同時由于燃料白煤粒度優化后分布均勻合理，能夠減少布料偏析現象，燃燒利用率提高，固體燃耗降低了0.96 kg/t。由表6可以看出，燃料粒度優化后燒結礦荷重軟化開始溫度為1 186.1 ℃，軟化區間100.4 ℃，較方案1降低了12.5 ℃，有利于改善高爐透氣性提高煤氣利用率；燃料粒度優化后燒結礦低溫粉化性能為73.18%，較方案1提高了2.96%。總體來說，燃料白煤粒度優化后燒結礦冶金性能得到改善提高。

4 結 論

4.1 燒結過程中燃料粒度＜1 mm 占比越多，燃燒速度越快，容易導致燒結礦強度變差，燒結固體燃耗升高；適當提高燃料中1～3 mm 占比，燒結燃燒帶變寬，能夠增加燒結高溫時間，改善燒結礦質量；降低＞3 mm占比，能夠減少偏析現象。

4.2 從本實驗原燃料條件考慮，燃料白煤的合理粒度控制為＜1 mm 占比35%，1～3 mm 占比50%，＞3 mm占比為15%。燃料白煤粒度經過優化后燒結礦軟化區間降低了12.5 ℃，低溫粉化性能達到73.18%，燒結礦冶金性能得到改善提高。

4.3 建議探索燒結固體燃料預先篩分，可將＜1 mm 部分篩分出供應高爐噴煤使用，使燒結固體燃料按粒度分類的原則使用，達到節能降耗的目的。